Nov 22, 2021 3:03:43 PM | FDM Creación de prótesis con impresión 3D

Una prótesis es un sustituto artificial de una extremidad perdida cuyo objetivo es reemplazar la parte faltante para permitir restaurar la funcionabilidad del paciente, mejorar su centro de gravedad, recuperar una apariencia estética, y permitirle a la persona llevar una buena calidad de vida.

La población mundial actual, asciende aproximadamente a los 6.000 millones de personas. Según datos de la organización mundial de la salud, el 0.5% de este número requiere de una prótesis, ortesis o rehabilitación física. Esto se transmite en un total de 300 millones de personas en el mundo.

Una prótesis completa, dependiendo del miembro, tamaño y el grado de funcionalidad puede variar entre los 5,000 y los 50,000 dólares. Incluso pueden extenderse los precios hasta los 80 y 100 mil dólares. Es por estos motivos, junto con la falta de educación a la población sobre las medidas a utilizar en pacientes amputados, que solo el 10% de las personas en nuestro país tienen acceso a una prótesis.

El proceso de fabricación de prótesis de manera tradicional incluye cuatro componentes básicos:

1. El receptáculo o socket, este es el recipiente, generalmente fabricado con termoplásticos, que se coloca en el miembro donde se necesita la prótesis.
2. El Apéndice, que es la mano o pie, dependiendo del caso y que puede simular el movimiento o la apariencia estética.
3. La articulación, que como su nombre lo indica, simula la función de la muñeca, codo, hombro, rodilla, etc.
4. El módulo de conexión, que tiene la función de conectar el apéndice y la articulación al receptáculo.

Para crear una prótesis, normalmente se tiene que fabricar un socket a medida del paciente. En este proceso se debe hacer un molde con vendas de yeso, a partir del cual se hará un vaciado para obtener un modelo positivo. En este se hará un termoformado con laminas de polipropileno o polietileno, el cual se debe dejar enfriar para que, una vez endurecido, se corté y lije para conseguir una pieza que encaje en la anatomía del paciente.

Este es un proceso en el que se ve muy involucrado al usuario de la prótesis, y que puede tomar extensas horas de trabajo y preparación, en las que no existe espacio para los errores. Es un trabajo artesanal que debe hacerse con mucho cuidado y habilidad.

Las otras partes de la prótesis suelen ser genéricas. Realizadas con diferentes tamaños para adaptarse a distintos tipos de cuerpos, pero con características muy similares.

Los materiales dependen del tipo de actividad de la persona, pero deben tener excelente resistencia con respecto a su peso y una biocompatibilidad superior que no comprometa al paciente. Las principales opciones utilizadas en la industria de prótesis son el titanio, acero inoxidable, aluminio o fibra de carbono. Estas son manufacturadas usando maquinado CNC y maquinas herramientas convencionales como lo son el torno, fresadora, cepilladoras, perforadoras, etc.

La desventaja de los modelos tradicionales es que los pacientes que requerían prótesis u ortesis ortopédicas tenían opciones limitadas en términos de tamaño, estilo y personalización.

Se debía seleccionar el tamaño más cercano a la morfología del paciente, y atenerse a la apariencia estética de la prótesis o pagar precios exorbitantes por una pieza personalizada producida con métodos convencionales y adaptada a su situación específica.

Es por estos motivos que la manufactura aditiva y el diseño asistido por computadora (CAD) vinieron a revolucionar este mercado.

El proceso por medio de impresión 3D permite optimizar la fabricación de prótesis personalizadas, con un menor costo. Este se conforma de cuatro etapas principales, las cuales se muestran en la figura 1, comenzando por el escaneo del área anatómica del paciente, y terminando con los ajustes finales en el paciente.

Figura 1: Proceso de creación 3D de una prótesis personalizada.

A continuación, se explican de manera más detallada cada una de las fases de elaboración:

1. Escaneo: Consiste en digitalizar las partes de interés para la realización de la prótesis, de esta manera se puede tener acceso a ellas en una computadora y trabajarlos en un software de diseño CAD como SolidWorks.
2. Diseño 3D: A partir de la imagen digitalizada del paciente, se crea un modelo que encaje y cumpla con los requerimientos de la prótesis que se necesita. Ayuda a conocer las partes necesarias para su fabricación, personalizarlas y detectar áreas de oportunidad para lograr la seguridad y comodidad del paciente.
3. Impresión 3D: A partir del modelo CAD, se crea un archivo .STL compatible con el software 3D para la impresión. En este se configuran los parámetros y materiales, así como la orientación; posteriormente se lleva a cabo el proceso de impresión donde se construyen las piezas.

Después, se lleva a cabo un postproceso, que permite darle un mejor acabado a la parte fabricada y ensamblarla correctamente obteniendo el resultado final.

4. Ajustes: Es esencial llevar a cabo una fase de ajuste para comprobar que la prótesis está construida correctamente.

El paciente se la prueba, interactúa con ella y el especialista comprueba que sea cómoda y no cause lesiones o alteraciones en el movimiento del paciente.

Analizando los beneficios de la tecnología 3D, estas permiten fabricar piezas personalizables, adaptables a las necesidades del usuario, utilizando materiales ligeros, pero resistentes que pueden soportar las cargas de trabajo que se aplican a ellos.

Además de esto, permiten crear una gran gama de diseños únicos y creativos que se adapten a cada persona, llevando a la pieza más allá de los estándares clásicos, con precios bastante competitivos.

Otra ventaja es la mejora del proceso de diseño y manufactura, obteniendo resultados precisos y con gran exactitud anatómica por medio de la automatización. 

Con todo esto, podemos concluir que la tecnología 3D ha venido a revolucionar esta área de fabricación de dispositivos médicos y a impactar la vida de las personas con necesidad de una pieza prostética.

Permite abrir el campo de oportunidades y hacer más accesible una prótesis a cualquier tipo de población.